Hiểu về sự giảm chấn trong rung động cơ học

Định nghĩa: Giảm chấn là gì?

Giảm chấn là hiện tượng năng lượng dao động bị tiêu tán hoặc chuyển hóa thành các dạng khác, chủ yếu là nhiệt, bên trong một hệ thống động. Đây là cơ chế khiến các dao động suy yếu và cuối cùng dừng lại sau khi nguồn kích thích bị loại bỏ. Nói một cách đơn giản hơn, giảm chấn là lực cản chuyển động tác động lên dao động. Mọi hệ thống cơ học trong thế giới thực đều có một mức độ giảm chấn nhất định; nếu không có nó, một cấu trúc, một khi được kích thích ở tần số tự nhiên, sẽ dao động với biên độ vô cùng lớn.

Vai trò quan trọng của giảm chấn trong động lực học máy móc

Giảm chấn là một tính chất cơ bản và cực kỳ quan trọng trong kỹ thuật cơ khí và phân tích rung động. Vai trò chính của nó là kiểm soát biên độ rung động ở cộng hưởngKhi tốc độ vận hành của máy đạt đến một trong các tần số tự nhiên của nó (tốc độ tới hạn), độ giảm chấn là yếu tố duy nhất hạn chế độ rung động phát triển đến mức gây thiệt hại. Một hệ thống được giảm chấn tốt có thể vượt qua tốc độ tới hạn với đỉnh rung động có thể kiểm soát và kiểm soát được, trong khi một hệ thống được giảm chấn kém có thể gặp sự cố thảm khốc.

Những lợi ích chính của việc giảm chấn đầy đủ bao gồm:

• Ngăn chặn cộng hưởng thảm khốc: Đây là biện pháp bảo vệ chính chống lại rung động mất kiểm soát ở tốc độ tới hạn.
• Cải thiện tính ổn định của hệ thống: Trong động lực học rôto, giảm chấn giúp ngăn ngừa các rung động tự kích thích như xoáy dầu và roi.
• Giảm thời gian lắng: Nó cho phép hệ thống trở lại trạng thái cân bằng nhanh hơn sau một cú sốc hoặc sự kiện tạm thời.
• Giảm thiểu tiếng ồn và mệt mỏi: Bằng cách giảm mức độ rung động tổng thể, giảm chấn làm giảm bức xạ tiếng ồn và giảm ứng suất mỏi trên các bộ phận cơ khí.

Các loại cơ chế giảm chấn

Năng lượng có thể được tiêu tán theo nhiều cách, dẫn đến nhiều loại giảm chấn khác nhau:

1. Giảm chấn nhớt

Đây là loại giảm chấn được mô hình hóa phổ biến nhất. Nó xảy ra khi một vật thể chuyển động trong chất lỏng, và lực giảm chấn tỷ lệ thuận với vận tốc của vật thể. Ví dụ điển hình là bộ giảm xóc trong hệ thống treo của ô tô. Trong máy móc quay, màng dầu trong ổ trục màng chất lỏng là nguồn chính tạo ra lực giảm chấn nhớt và rất cần thiết cho sự ổn định của rôto tốc độ cao.

2. Giảm chấn kết cấu (Giảm chấn trễ)

Loại giảm chấn này là do ma sát bên trong vật liệu khi nó biến dạng. Khi vật liệu chịu ứng suất tuần hoàn, một phần năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt trong mỗi chu kỳ. Mặc dù thường nhỏ, nhưng giảm chấn bên trong này là một đặc tính vốn có của tất cả các vật liệu và có thể đóng vai trò đáng kể trong các kết cấu xây dựng với nhiều mối nối và chốt.

3. Giảm chấn Coulomb (Ma sát khô)

Sự giảm chấn này là kết quả của ma sát giữa hai bề mặt khô cọ xát vào nhau. Lực giảm chấn không đổi và luôn ngược chiều chuyển động. Một ví dụ là sự cọ xát của má phanh vào rô-to.

4. Giảm chấn khí động học

Đây là lực cản do không khí hoặc một loại khí khác tạo ra đối với một vật thể chuyển động. Nó thường chỉ có ý nghĩa đối với các cấu trúc lớn, chuyển động nhanh như cánh tuabin hoặc cánh quạt.

Độ giảm chấn được đo lường và định lượng như thế nào?

Độ giảm chấn thường khó tính toán dựa trên các nguyên lý cơ bản và thường được xác định bằng thực nghiệm. Nó được định lượng bằng một số thuật ngữ liên quan:

• Tỷ lệ giảm chấn (ζ – zeta): Đơn vị đo không thứ nguyên phổ biến nhất. Đó là tỷ lệ giữa lực cản thực tế trong một hệ thống với lượng lực cản cần thiết để hệ thống đạt trạng thái "giảm chấn tới hạn" (trở về trạng thái cân bằng mà không dao động). Một cấu trúc cơ học điển hình có thể có tỷ lệ giảm chấn từ 0,01 đến 0,05 (1% đến 5% lực cản tới hạn).
• Hệ số Q (Hệ số chất lượng): Một thước đo về mức độ suy giảm của một hệ thống. Nó biểu thị độ khuếch đại của rung động tại điểm cộng hưởng. Hệ số Q cao đồng nghĩa với suy giảm thấp và đỉnh cộng hưởng rất sắc nét, biên độ cao. (Q ≈ 1 / 2ζ).
• Giảm logarit: Một phương pháp để tính toán tỷ lệ giảm chấn từ tốc độ suy giảm của rung động tự do, chẳng hạn như trong quá trình thử nghiệm "giảm dần" hoặc "va chạm".

Việc xác định và hiểu rõ nguồn gây giảm chấn trong máy là rất quan trọng để khắc phục sự cố cộng hưởng và đảm bảo tính ổn định hoạt động lâu dài.

← Quay lại Mục lục chính